2022年泾渭河高含沙洪水调度与思考

苏茂林，杨会颖，安晨歌

（1.黄河水利委员会，河南 郑州 450003；2.清华大学 水利水电工程系，北京 100084）

黄河复杂难治的症结在于水少沙多、水沙关系不协调。在长期治黄实践中，黄河水利委员会（以下简称黄委）逐渐形成了“拦、调、排、放、挖”综合处理泥沙的方针［1］。其中“调”即调水调沙，指通过水库等工程调控将不协调的水沙关系转化为协调的水沙关系，是解决黄河水沙关系不协调的有效途径之一。自2002年首次开展调水调沙试验以来，黄委已持续21 a实施了调水调沙，其中9个年份利用汛期洪水过程实施了11次调水调沙。汛期结合洪水处理，充分利用洪水的挟沙能力调水调沙，是多沙河流处理泥沙的理想途径之一。

2022年7 月中旬，黄河中游泾渭河流域部分地区发生连续强降雨，受此影响，泾河支流马莲河庆阳水文站发生1956年以来最大洪水，渭河临潼水文站形成渭河2022年第1号洪水。为处理好此次泾渭河洪水，同时考虑来水含沙量较大、小浪底水库水位较低等因素，黄委决定利用此次高含沙洪水过程和小浪底水库高程220 m以上蓄水，结合支流水库泄水、东平湖排洪入黄水量，实施2022年汛期黄河调水调沙。

1 降雨及洪水概况

2022年7月15日0时至12时，泾渭河流域部分地区发生强降雨过程，局部达到大暴雨或特大暴雨量级。暴雨笼罩范围主要在泾河支流马莲河的洪德至庆阳区间，暴雨中心位于庆城县北部，最大累计降雨量为野狐沟站325.4 mm。

受此次强降雨影响，泾河支流马莲河发生1956年以来最大洪水，马莲河庆阳站7月15日10时18分洪峰流量5 100 m3／s，最大含沙量661 kg／m3。洪水汇入泾河景村站洪峰流量4 460 m3／s，经东庄水库（在建）调蓄后，泾河张家山站洪峰流量2 320 m3／s。渭河临潼水文站16日19时出现3 210 m3／s流量，形成渭河2022年第1号洪水，临潼站总洪量为5.6亿m3，沙量为1.24亿t。渭河华县站洪峰流量2 020 m3／s，场次洪量7.25亿m3，沙量0.73亿t。渭河洪水与北干流洪水汇合后演进至潼关，黄河潼关站17日12时出现3 280 m3／s洪峰流量，最大含沙量238 kg／m3。此次洪水潼关站洪量为10.0亿m3，沙量为0.536亿t。

2 水库、河道起始运用条件

2.1 汛期调水调沙前水库水沙情况

2022年汛前，三门峡水库蓄水量55.44亿m3。2021年4月—2022年4月，三门峡库区干流（潼关以下）整体表现为冲刷，共冲刷泥沙0.626亿m3，冲刷主要集中在坝前至黄淤29断面（距坝69.28 km）之间，共冲刷泥沙0.523亿m3。小浪底水库高程275 m以下库容为93.62亿m3，淤积三角洲顶点距坝7.74 km，顶点高程为210.56 m。与2021年4月相比，2022年4月小浪底水库淤积三角洲顶点退后3.19 km，顶点高程抬升8.39 m。自1997年10月大坝合龙开始截流至2022年4月，小浪底水库累计淤积泥沙33.92亿m3，库区累计淤积量已占水库设计拦沙库容（75.5亿m3）的44.9%。

2022年6月19日至7月13日，黄委结合腾库迎汛，联合调度万家寨、三门峡、小浪底水库实施了汛前调水调沙，三门峡、小浪底水库分别排沙0.140亿、1.048亿t，库区分别冲刷0.131亿、0.908亿t；通过利津入海沙量0.346亿t，下游河道淤积0.690亿t。

汛期调水调沙开始前，7月17日0时，三门峡水库水位304.76 m，接近汛限水位，相应蓄水量0.739亿m3；小浪底水库水位223.80 m，相应蓄水量5.13亿m3，水位较低，对小浪底水库异重流塑造和排沙有利。河口村、故县水库水位均在汛限水位以下，东平湖滞洪区因大汶河来水而处于防洪运用状态，水位高于汛限水位。汛期调水调沙前主要水库蓄水情况见表1。

表1 汛期调水调沙前主要水库蓄水情况

2.2 下游河道边界条件

2022年汛前，黄河下游各河段平滩流量如下：花园口以上河段一般大于7 300 m3／s，花园口—夹河滩河段为7 300 m3／s，夹河滩—高村河段为6 600～7 300 m3／s，高村—孙口河段为4 700～6 600 m3／s，孙口—艾山河段为4 700～4 800 m3／s，艾山—泺口河段为4 750～4 900 m3／s，泺口—利津河段为4 600～5 000 m3／s。黄河下游平滩流量较小的河段主要有2个：一个是孙口上下河段，平滩流量较小断面包括陈楼、梁集、路那里和王坡断面，其平滩流量为4 700 m3／s；另一个是利津附近河段，较小平滩流量断面包括麻湾和綦家断面，其平滩流量为4 600 m3／s［2］。

3 洪水调度思路

遵循系统、统筹、科学、安全的调度原则，利用小浪底水库水位较低、有利排沙的时机，结合泾渭河高含沙洪水处理，在确保防洪和后期抗旱用水安全的前提下，科学调度中游干支流水库群和东平湖，塑造有利于水库、河道减淤的流量过程，维持下游河道中水河槽过流能力，并尽量减少水库淤积，最大限度兼顾供水安全和发电，持续改善河口生态环境，发挥洪水资源最大效益。本次调水调沙采用以三门峡水库、小浪底水库和东平湖滞洪区联合调度为主，西霞院水库和故县、河口村水库配合的调度模式。根据中游来水总量，统筹防洪、水库及河道减淤、水安全和发挥洪水资源最大效益等目标，确定按控制花园口站2 600 m3／s量级5 d左右开展汛期调水调沙。

4 水库联合调度

此次调水调沙从7月17日开始至7月28日结束，历时11 d。期间，三门峡水库敞泄运用，在小浪底库区塑造异重流过程。小浪底水库利用不同泄流孔洞组合调控出库流量和含沙量，与支流水库共同凑泄花园口站2 600 m3／s量级5 d左右流量过程。故县水库保持100 m3／s发电流量下泄。河口村水库根据沁河上游来水适时加大流量，控制库水位不超过汛限水位。结合大汶河洪水过程，东平湖陈山口、清河门、庞口闸3座出湖闸保持敞泄状态，以最大泄流能力泄洪入黄，确保湖区防洪安全，并为接续输沙入海补充水量。具体调度过程如下。

4.1 三门峡水库调度

大流量过程于7月16日进入三门峡库区，潼关站洪峰流量3 280 m3／s（17日12时），最大含沙量238 kg／m3（17日20时）。7月17日8时起三门峡水库开始敞泄运用，塑造大流量过程冲刷小浪底库区泥沙。7月19日8时前后水库基本泄空，敞泄历时约48 h，之后按进出库平衡运用。期间，最大下泄流量5 430 m3／s，出库最大含沙量413 kg／m3（18日12时）。随着上游来水流量逐渐减小，三门峡水库逐级压减下泄流量回蓄，21日12时、22日8时起分别按800、500 m3／s下泄，7月23日14时水位达到304.91 m后，转入按不超过305 m控制运用。三门峡水库调度过程见图1。

图1 三门峡水库调度过程

4.2 小浪底水库调度

自7月17日0时起，小浪底、西霞院水库联合调度，按1 000 m3／s下泄。7月17日13时起按2 300 m3／s下泄，凑泄花园口2 600 m3／s流量过程。期间，小浪底水库最大出库流量为7月17日15时54分的2 900 m3／s，最大含沙量为7月19日13时18分的120 kg／m3；西霞院水库最大出库流量为7月17日16时30分的2 440 m3／s，最大含沙量为7月19日9时的88.6 kg／m3。随着上游来水流量减小，为保证后期下游抗旱用水，并防止落水期下游引水涵闸淤堵，小浪底水库7月22日8时起压减下泄流量至1 500 m3／s。22日20时起进一步压减至500 m3／s下泄，当时水库水位为219.14 m，调水调沙调度过程结束，小浪底水库调度过程见图2。整个汛期调水调沙期间，西霞院水库水位基本在131 m以下配合小浪底水库排沙运用。

图2 小浪底水库调度过程

汛期调水调沙小浪底水库入库洪峰流量较大，泥沙入库较早，且库水位和出库流量条件合适，因此形成了一次较典型的异重流排沙过程。这次异重流潜入点位于库区淤积三角洲前缘，位置在距坝8.5～10.3 km之间，异重流的主要运行区间仍为坝前漏斗区。

4.3 东平湖调度

受前期大汶河洪水防洪运用影响，汛期调水调沙前东平湖老湖水位在汛限水位以上。汛期调水调沙期间，大汶河出现一次中小洪水过程，7月24日6时44分戴村坝洪峰流量465 m3／s，为确保湖区防洪安全，并为接续输沙入海补充水量，3座出湖闸一直保持泄流状态，以合适流量泄洪入黄，其中7月17日8时最大泄洪入黄流量435 m3／s，入黄总水量3.6亿m3（7月17日8时至7月28日8时）。

4.4 支流水库调度

汛期调水调沙期间，支流故县、河口村水库根据上游来水适时加大下泄流量，与小浪底水库共同凑泄花园口站2 600 m3／s左右流量过程。其中：故县水库保持100 m3／s发电流量下泄；河口村水库为控制库水位不超汛限水位，于7月中下旬3次开闸泄水，按100 m3／s下泄，其余时间均按发电流量20 m3／s左右下泄。

5 调度效果分析

5.1 水库冲淤

汛期调水调沙期间，三门峡水库入库泥沙0.536亿t，出库泥沙0.945亿t，库区冲刷0.409亿t；小浪底水库下泄水量11.34亿m3，出库沙量0.518亿t，排沙比55%，库区淤积0.427亿t。

5.2 河道冲淤

汛期调水调沙期间，黄河下游河道整体表现为微淤，淤积量为0.074亿t，淤积比为16%。花园口—夹河滩为黄河下游主要淤积河段，淤积量为0.131亿t。黄河下游各河段之间冲刷、淤积交替发生，其中卡口河段孙口—艾山河段发生冲刷，冲刷量为0.014亿t。

5.3 河道过流能力变化

将2022年汛期调水调沙过程中的涨、落水过程进行比较，分析汛期调水调沙过程的同流量水位变化，夹河滩以上河段同流量水位略有降低，花园口、夹河滩两站分别降低0.07、0.05 m；高村以下河段，除孙口站略有降低外，其他各站水位均有所抬升，其中高村站抬升幅度最大，为0.16 m，其他三站的抬升幅度为0.09～0.14 m。卡口河段孙口—南桥之间各站同流量水位变化不大，水位变化范围为－0.05～0 m［3］。

6 认识与建议

6.1 充分利用高含沙洪水的挟沙输沙能力，相机实施汛期调水调沙

黄委在多年调水调沙实践的基础上，对多沙河流水工程综合调控理论进行研究扩展，协同防洪、减淤、生态等多项目标，不断发展调水调沙理论。目前，调水调沙模式可以归纳为3种：一是以小浪底水库为主的万三小（万家寨、三门峡、小浪底）、三小联合调度或小浪底水库单库调度；二是有龙羊峡和刘家峡水库参与的全河水沙调控，适用于上游来水较多的年份；三是利用中游高含沙洪水以三小联调为主的调度模式。2022年汛期调水调沙属于第三种调水调沙模式，进一步丰富了汛期调水调沙水库运用样本。通过精细的洪水过程对接和水库调度运用，基本实现了中游泥沙“穿堂过”效果，小浪底水库排沙0.518亿t，一方面避免高含沙洪水在小浪底库区全部淤积，延长水库拦沙年限，另一方面通过凑泄特定流量过程，恢复和维持下游河道行洪能力。

6.2 黄河山陕区间发生高含沙洪水的可能性依然较大

头道拐至三门峡区间是黄河流域主要洪水和泥沙来源区之一，历史上频繁发生大的暴雨洪水。虽然近几十年来，随着水土保持工作和各项流域生态修复政策措施的实施，流域下垫面情况发生了一定程度的改变，水沙情势也出现了较大变化，洪水量级减小，发生频次降低。但是从近年洪水表现来看，该地区发生强降雨过程时仍可能发生高含沙洪水［4］。如2010年、2017年、2022年汛期山陕区间、泾渭河发生的高含沙洪水。

6.3 完善黄河中游水沙调控工程体系

当前，中游干流除小浪底水库外，较大的水库主要有万家寨和三门峡水库。两水库可用于汛前调水调沙的最大蓄水量不足8亿m3，蓄水量有限，且万家寨水库距离小浪底水库约1 100 km，人造洪水传播沿程坦化严重，调水调沙后续动力明显不足。古贤水利枢纽控制了黄河80%的水量、60%的泥沙和80%的粗泥沙，是黄河保护治理总体格局的重要节点工程，建成后，与小浪底水库联合调水调沙，可实现“1＋1＞2”的联合调控效果，长久发挥协调水沙关系、减少下游河道淤积的效果。应加快推进古贤水利枢纽开工建设，完善中游水沙调控工程体系。

6.4 持续开展黄河水沙调控技术研究

当前古贤水库尚未建设，小浪底水库调水调沙后续动力不足，小浪底库区淤积形态不断调整、下游河道床沙显著粗化等问题对未来调水调沙提出了新的挑战［5］。根据黄河流域生态保护和高质量发展要求，须持续完善水沙调控调度机制，优化调水调沙调度方式，充分挖掘现状工程调水调沙后续动力补充的潜力，在实现水库多排沙的同时，进一步提高下游河道的排沙效果；加强生态水、资源水、动能水、灾害水“四水转换”的理论创新和水工程协同调度的实践创新研究，实现“灾害水”向“动能水”“资源水”“生态水”的转化，最大限度发挥洪水资源的综合效益。